(57)【要約】  本開示は、共通経路光導波路プローブを提供する。共通経路光導波路プローブは、光導波路、レンズ、および基準反射体を含む。光導波路は近位端および遠位端を含む。レンズは遠位端に結合されている。基準反射体は、光導波路とレンズとの間に配置されている。本開示はまた、共通経路光導波路プローブを利用するカテーテルおよび光コヒーレンストモグラフィシステムを提供する。本開示はまた、共通経路光導波路プローブの製造方法と使用方法も提供する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
近位端および遠位端を有する光導波路と、
前記遠位端に結合されたレンズと、
前記光導波路と前記レンズとの間に配置された基準反射体と、
を備えた共通経路光導波路プローブ。
【請求項２】
前記基準反射体がガラスではないことを特徴とする請求項１に記載の共通経路光導波路プローブ。
【請求項３】
前記基準反射体の反射率が、前記基準反射体と空気との屈折率の差に基づかないことを特徴とする請求項１または２に記載の共通経路光導波路プローブ。
【請求項４】
前記光導波路と前記レンズとの間に配置され、ビーム伝搬用に構成されたスペーサをさらに備える請求項１ないし３のいずれか１項に記載の共通経路光導波路プローブ。
【請求項５】
前記基準反射体が、予測可能な選択反射率を生じさせるのに十分な量だけ光導波路の光導波路屈折率とは異なる屈折率を有する材料からなる金属膜、誘電体膜、または非金属非誘電体材料膜であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の共通経路光導波路プローブ。
【請求項６】
前記基準反射体が前記金属膜であることを特徴とする請求項５に記載の共通経路光導波路プローブ。
【請求項７】
前記金属膜は、１ｐｍから１ｍｍの間の厚さを有することを特徴とする請求項５または６に記載の共通経路光導波路プローブ。
【請求項８】
前記金属膜が、金、銀、アルミニウム、白金、またはそれらの組み合わせからなる群から選択される金属を含むことを特徴とする請求項５から７のいずれか１項に記載の共通経路光導波路プローブ。
【請求項９】
前記基準反射体が前記誘電体膜であることを特徴とする請求項５に記載の共通経路光導波路プローブ。
【請求項１０】
前記誘電体膜は、１ｐｍから１ｍｍの間の厚さを有することを特徴とする請求項５または９に記載の共通経路光導波路プローブ。
【請求項１１】
前記基準反射体は、前記非金属非誘電体材料膜であることを特徴とする請求項５に記載の共通経路光導波路プローブ。
【請求項１２】
前記非金属非誘電体材料膜が、１ｐｍから１ｍｍの間の厚さを有することを特徴とする請求項５または１１に記載の共通経路光導波路プローブ。
【請求項１３】
前記光導波路が光ファイバであることを特徴とする請求項１ないし１２のいずれか１項に記載の共通経路光導波路プローブ。
【請求項１４】
前記光ファイバがシングルモード光ファイバであることを特徴とする請求項１３に記載の共通経路光導波路プローブ。
【請求項１５】
前記光ファイバがダブルクラッド光ファイバであることを特徴とする請求項１３に記載の共通経路光導波路プローブ。
【請求項１６】
前記レンズがボールレンズである、請求項１ないし１５のいずれか１項に記載の共通経路光導波路プローブ。
【請求項１７】
前記レンズが屈折率分布型ファイバレンズである、請求項１から１５のいずれか１項に記載の共通経路光導波路プローブ。
【請求項１８】
前記レンズから出てくる光をターゲットに向けるように配置された反射体をさらに備える、請求項１ないし１７のいずれか１項に記載の共通経路光導波路プローブ。
【請求項１９】
駆動軸をさらに備え、前記光導波路、前記レンズ、前記基準反射体、またはそれらの組み合わせが前記駆動軸に結合されていることを特徴とする請求項１ないし１８のいずれか１項に記載の共通経路光導波路プローブ。
【請求項２０】
請求項１ないし１９のいずれか１項に記載の共通経路光導波路プローブと、
前記共通経路光導波路プローブを受け入れるように構成されたシースと、
を備えたカテーテル。
【請求項２１】
ＯＣＴ光源と、
ＯＣＴ検出器と、
請求項１から１９のいずれか１項に記載の共通経路光導波路プローブまたは請求項２０に記載のカテーテルと、
前記ＯＣＴ光源、前記ＯＣＴ検出器、および前記共通経路光導波路プローブに結合され、前記ＯＣＴ光源からの光を前記共通経路光導波路プローブへ、および共通経路光導波路プローブからの光をＯＣＴ検出器へ向けるように構成されたサーキュレータと、
前記ＯＣＴ検出器に結合され、前記ＯＣＴ検出器で測定されたＯＣＴ信号を表すＯＣＴ信号出力を提供するように構成されたＯＣＴコントローラと、
を備えた光コヒーレンストモグラフィ（ＯＣＴ）システム。
【請求項２２】
前記ＯＣＴ光源は広帯域光源であることを特徴とする請求項２１に記載のＯＣＴシステム。
【請求項２３】
前記ＯＣＴ検出器が、コリメータ、格子、分光計レンズ、および線形アレイカメラを含むＯＣＴ分光計であることを特徴とする請求項２１または２２に記載のＯＣＴシステム。
【請求項２４】
前記共通経路光導波路プローブの上流に配置された第１のビームスプリッタをさらに備え、前記ＯＣＴ検出器はバランス型光検出器を含み、前記ビームスプリッタは前記ＯＣＴ光源からの光の一部を前記バランス型光検出器へ方向付けるように構成される請求項２１または２２に記載のＯＣＴシステム。
【請求項２５】
第１の光導波路の第１の端部と第２の光導波路の第２の端部とを接合するステップと、
前記第１の光導波路の前記第１の端部とは反対側の端部にレンズを形成または取り付けるステップと、
を備えた共通経路光導波路プローブの製造方法であって、
前記第１の端部と前記第２の端部の少なくとも一方は、接合を受ける表面に配置された基準反射体前駆体を有し、それによって前記第１の光導波路と前記第２の光導波路の間に基準反射体を設けることを特徴とする製造方法。
【請求項２６】
前記レンズは、前記第１の端部とは反対側の端部を加熱してボールレンズを形成することによって得られることを特徴とする請求項２５に記載の方法。
【請求項２７】
前記接合するステップがレーザー接合であることを特徴とする請求項２５または２６に記載の方法。
【請求項２８】
前記レーザー接合の強度および／または持続時間が、前記基準反射体の所定の厚さまたは反射率を提供するように選択されることを特徴とする請求項２７に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の相互参照）
本出願は、２０１６年７月５日出願の、表題「共通経路光コヒーレンストモグラフィのための装置および方法」である米国仮特許出願第６２／３５８，５２５号明細書、および２０１７年６月８日出願の、同じく表題「共通経路光コヒーレンストモグラフィのための装置および方法」である米国仮特許出願第６２／５１６，８５３号明細書に基づき、これに対する優先権を主張し、これを参照によって全体的に本明細書に組み込む。
【０００２】
（政府の資金援助）
適用されない。
【０００３】
本開示は撮像装置およびデバイスに関し、より具体的には光コヒーレンストモグラフィ（ＯＣＴ）撮像システムの例示的な実施形態に関する。
【背景技術】
【０００４】
その最初の実証以来、光コヒーレンストモグラフィ（ＯＣＴ）および内視鏡光コヒーレンストモグラフィ（ＥＯＣＴ）のようなその応用は急速に進歩しており、医療用画像形成において広範な用途を見出している。ＥＯＣＴは、冠状動脈、食道、鼻腔および前立腺において診断ツールとして現在使用されている。ＥＯＣＴはまた、眼科および乳がんの手術指導にも使用されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
時間ドメイン光コヒーレンストモグラフィ、分光計ベースのフーリエドメイン光コヒーレンストモグラフィ、および掃引源ベースのフーリエドメイン光コヒーレンストモグラフィなどの様々な形態のＯＣＴが実証されている。これら全てのＯＣＴ技術の間で共通する１つのことは、基準軸信号がサンプルの軸方向構造を再生するために必要とされることである。標準的なＯＣＴシステムでは、基準信号はマイケルソン干渉計に基づく構成を使用して生成され、ミラーは基準面として使用される。マイケルソン干渉計ベースの方式はベンチトップシステムでは通常使用されているが、ＥＯＣＴにはいくつかの課題がある。第一に、内視鏡プローブの大部分は信号誘導のためにガラスベースの光ファイバを使用し、材料の分散を避けるために、サンプルおよび参照アームに使用される光ファイバの長さは厳密に一致させる必要がある。第二に、内視鏡プローブは外部回転装置を使用して組織の円周方向画像を取得し、そのようなファイバの動きは曲げおよび伸張と共にサンプル光の偏光状態を変化させる。サンプルの偏光状態と信号の偏光状態との不一致は、軸方向の点広がり関数（point spread function）の広がりをもたらし、したがって軸方向の分解能および信号対雑音比を低下させる。
【０００６】
ＯＣＴにおける個別の基準アームに関する問題はよく知られており、基準およびサンプル信号が検出器に到達する前に同じ材料を伝わるように基準面をサンプルの近くに配置するために様々な設計が提案されてきた。そのようなプローブは、共通経路プローブと呼ばれる特別な種類のプローブを形成する。 劈開ガラス繊維空気界面からの反射が参照信号として使用される場合、正面視共通経路プローブがマイクロ切開ガイダンスにおいて使用されてきた。ファイバの側面が基準信号を生成する、シングルモードファイバベースの円周走査側面視共通経路プローブが実証されている。そのようなプローブは、プローブの先端からの作動距離または焦点距離を制御することができず、用途が限られている。焦点特性をよりよく制御するために、屈折率分布型（ＧＲＩＮ）ファイバベースのプローブが目的とされた。ＧＲＩＮファイバベースの共通経路プローブでは、シングルモードファイバがコアレスファイバに接合され、続いてＧＲＩＮファイバが接合され、ＧＲＩＮファイバ空気界面からの反射が基準信号として使用される。そのようなプローブは焦点特性に対するより良い制御を提供するが、基準信号と焦点距離との逆結合は相互依存的であり、一方を変更すると他方に影響を与える。ボールレンズ表面から発生する反射が基準信号として使用される場合、同様のモノリシックボールレンズベースのプローブが実証されているが、それでもこの設計はＧＲＩＮファイバベースのプローブと同じ問題を共有する。ＧＲＩＮファイバとボールレンズの共通経路プローブを使用すると、円周方向の結像のために別個の反射体も必要となり、これは設計をさらに複雑にする。ボールレンズ非共通経路プローブ設計は、全反射のためにサンプル信号が研磨面から反射するような角度でボールレンズを研磨することによって別個の反射体の必要性を排除する。したがって、周方向走査のために別個の反射体を必要とせず、基準パワーをプローブの集束特性に影響を及ぼすことなく独立して設定することができるプローブが必要とされている。さらに、基準信号と焦点距離とを互いに無関係に設定することができる共通経路ＯＣＴプローブのための比較的安価な設計に対する必要性が存在する。  
【課題を解決するための手段】
【０００７】
一態様では、本開示は、共通経路光導波路プローブを提供する。共通経路光導波路プローブは、光導波路、レンズ、および基準反射体を備える。光導波路は近位端および遠位端を含む。レンズは遠位端に結合されている。基準反射体は、光導波路とレンズとの間に配置されている。
【０００８】
別の態様では、本開示はカテーテルを提供する。カテーテルは、共通経路光導波路プローブとシースとを含む。共通経路光導波路プローブは、本明細書のいずれかの態様に記載の通りである。シースは、共通経路光導波路プローブを受け入れるように構成されている。
【０００９】
さらなる態様では、本開示は、光コヒーレンストモグラフィ（ＯＣＴ）システムを提供する。ＯＣＴシステムは、ＯＣＴ光源、ＯＣＴ検出器、共通経路光導波路プローブまたはカテーテル、サーキュレータ、およびＯＣＴコントローラを含む。共通経路光導波路プローブまたはカテーテルは、本明細書のいずれかの態様に記載の通りである。サーキュレータは、ＯＣＴ光源、ＯＣＴ検出器、および共通経路光導波路プローブに結合されている。サーキュレータは、ＯＣＴ光源からの光を共通経路光導波路プローブへ、そして共通経路光導波路プローブからの光をＯＣＴ検出器へ方向付けるように構成される。ＯＣＴコントローラは、ＯＣＴ検出器に結合され、ＯＣＴ検出器で測定されたＯＣＴ信号を表すＯＣＴ信号出力を供給するように構成される。
【００１０】
さらに別の態様では、本開示は、共通経路光導波路プローブを製造する方法を提供する。この方法は、第１の光導波路の第１の端部と第２の光導波路の第２の端部とを接合するステップと、前記第１の光導波路の前記第１の端部とは反対側の端部にレンズを形成または取り付けるステップと、を備え、前記第１の端部と前記第２の端部の少なくとも一方は、接合を受ける表面に配置された基準反射体前駆体を有し、それによって前記第１の光導波路と前記第２の光導波路の間に基準反射体を設けることを特徴とする。
【００１１】
本発明の前述および他の態様および利点は、以下の説明から明らかになるであろう。説明では、本明細書の一部を形成し、本発明の好ましい実施形態を例として示す添付の図面を参照する。そのような実施形態は必ずしも本発明の全範囲を表すものではなく、したがって本発明の範囲を解釈するために特許請求の範囲および本明細書を参照する。
【００１２】
以下の本発明の詳細な説明を考慮すれば、本発明はよりよく理解され、上記以外の特徴、態様および利点が明らかになるであろう。そのような詳細な説明は、以下の図面を参照する。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本開示の一態様に係るシステムの概略図である。
【図２Ａ】本開示の一態様に係るシステムの概略図である。
【図２Ｂ】本開示の一態様に係るシステムの概略図である。
【図２Ｃ】本開示の一態様に係るシステムの概略図である。
【図３】本開示の一態様に係る共通経路光導波路プローブの概略図である。
【図４Ａ】本開示の一態様に係る共通経路光導波路プローブの遠位先端の概略図である。
【図４Ｂ】本開示の一態様に係る共通経路光導波路プローブの遠位先端の概略図である。
【図５Ａ】本開示の一態様に係る共通経路光導波路プローブの遠位先端の概略図である。
【図５Ｂ】本開示の一態様に係る共通経路光導波路プローブの遠位先端の概略図である。
【図６】本開示の一態様に係る共通経路光導波路プローブの遠位先端の画像である。
【図７】本開示の一態様に係る共通経路光導波路プローブの遠位先端の画像である。
【図８】本開示の一態様に係る共通経路光導波路プローブの遠位先端の概略図である。
【図９】本開示の一態様に係る共通経路光導波路プローブの遠位先端の概略図である。
【図１０】本開示の一態様に係る基準反射体の反射率を測定するためのシステムの概略図である。
【図１１】実施例１に記載されているように、共通経路光導波路プローブの遠位先端を保持している指の画像である。
【図１２】実施例２に記載されるように、本明細書に記載されるシステムによって取得された死体冠状動脈の画像である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明をさらに詳細に説明する前に、本発明は説明した特定の実施形態に限定されないことを理解されたい。本明細書で使用される用語は特定の実施形態を説明することのみを目的としており、限定することを意図するものではないこともまた理解されるべきである。本発明の範囲は特許請求の範囲によってのみ限定されるであろう。本明細書で使用されるとき、単数形「ａ」、「ａｎ」、および「ｔｈｅ」は、文脈が明らかにそうでないと指示しない限り、複数の実施形態を含む。
【００１５】
当業者には明らかなように、本発明の概念から逸脱することなく、既に説明したもの以外にも多くの追加の修正が可能である。この開示を解釈する際に、全ての用語は文脈と矛盾しない最も広い方法で解釈されるべきである。「含む」、「含む」、または「有する」という用語の変形は、非排他的に要素、構成要素、またはステップを指すものとして解釈されるべきであり、そのため、参照される要素、構成要素、またはステップは明示的に参照されていない他の要素、構成要素、またはステップと組み合わせることができる。特定の要素を「含む」、「含む」、または「有する」として参照される実施形態は、文脈が明らかにそうでないことを指示しない限り、それらの要素から「本質的になる」および「からなる」とも考えられる。システムに関して説明される本開示の態様は、文脈が明示的にそうでないと指示しない限り、方法に適用可能であり、逆もまた同様であることを理解されたい。
【００１６】
本明細書に開示される数値範囲はそれらの終点を含む。たとえば、1から10までの数値範囲には、1及び10の値が含まれる。所与の値について一連の数値範囲が開示されている場合、本開示はそれらの範囲の上限および下限のすべての組み合わせを含む範囲を明示的に企図している。例えば、1から10まで、または2から9までの数値範囲は、1から9まで、および2から10までの数値範囲を含むことを意図している。
【００１７】
本明細書に記載された長さおよび距離は、文脈が明らかにそうではないと示さない限り、光路長の長さおよび距離に関して記載される。したがって、コイル状の光ファイバに沿って進む光は、光ファイバの入力と出力との間の物理的な距離ではなく、巻かれていない光ファイバの長さに等しい距離を進む。
【００１８】
図１を参照すると、スペクトル領域ＯＣＴシステム１１０の例示的概略図が示されている。このシステム１１０は、本明細書の他の箇所で説明されている共通経路光導波路プローブ３０５と共に使用することができる。広帯域光源１０１によって放射された光はシングルモードファイバ１０２に結合され、続いてサーキュレータ１０３を使用して回転接合部１０４に向けて方向付けられる。回転接合部１０４は、光をプローブ１０５に結合する。基準光およびサンプル光は、プローブ１０５から回転接合部１０４およびサーキュレータ１０３を通って分光計に進み、分光計は、この場合、コリメータ１０６、格子１０７、分光計レンズ１０８、および線形アレイカメラ１０９からなる。
【００１９】
図２Ａおよび図２Ｂを参照すると、掃引光源ＯＣＴまたは光周波数領域撮像（ＯＦＤＩ）システム２１０の２つの例示的な概略図が示されている。これらのシステム２１０は、本明細書の他の箇所に記載されている共通経路光導波路プローブ３０５と共に使用することができる。広帯域掃引光源レーザー２０１によって放射された光は、シングルモードファイバ２０２に結合され、続いてサーキュレータ２０３を使用して回転接合部２０４に向けられる。回転接合部２０４は光をプローブ２０５に結合する。基準光およびサンプル光は、プローブ２０５から回転接合部２０４およびサーキュレータ２０３を通ってバランス型光検出器２１１の１つのチャネルに進む。図２Ａにおいて、シングルモードファイバ２０２に沿って通過する光は、光の一部を分割し、その部分を基準光ファイバ２１３に沿ってバランス型光検出器２１１の他のチャネルに伝送するファイバカプラ２１２（他の場所ではビームスプリッタと総称される）に出合う。図２Ｂでは、ファイバカプラ２１２および基準光ファイバ２１３が省略されており、バランス型光検出器２１１の１つのチャネルのみが使用されている。バランス型光検出器を使用すると、コモンモードノイズを減らすことができ、２つのチャネルの信号を差し引いた後にＤＣスペクトルオフセットをキャンセルすることができる。
【００２０】
図２Ｃを参照すると、掃引光源ＯＣＴまたはＯＦＤＩシステム２１０の第３の例示的概略図が示されている。このシステム２１０は、本明細書の他の箇所で説明されている共通経路光導波路プローブ３０５と共に使用することができる。この機能は図２Ｂに示すシステム２１０の機能と同様であるが、単一のサーキュレータ２０３の代わりに、図２Ｂに示し説明したように配置され機能する第１のサーキュレータ２０３１と、第１サーキュレータ２０３１とバランス型光検出器２１１の間に配置される第２のサーキュレータ２０３２とを含む。第２のサーキュレータ２０３２は、第１のサーキュレータ２０３１から受け取った信号を、ビームスプリッタ２２９、第１のミラー２３０、および第２のミラー２３１を含むマイケルソン干渉計に送る。第１のミラーおよび第２のミラーから反射された信号は、第２のサーキュレータ２０３２に戻って結合され、結合された信号を検出器２１１に向ける。経路長のうちの１つ（図示の場合では、第２のミラー２３１の経路長）を変えることにより、画像ウィンドウにシフトをもたらすことができる。別々のサンプルアームと基準アームを有する従来のＯＣＴシステムでは、経路長差は基準アームを長くするかまたは短くすることによって生じさせる（accounted for）ことができる。本システム２１０では、経路長差をゼロに設定することはできない。例えば、結像のために８００μｍの外径のシース内に配置された下記の設計では、サンプルと基準反射体との間の最小距離は７８０μｍである。そのため、サンプル画像を結像深度範囲の最初の７８０μｍ以内に配置することはできない。結像深度が基準面とシースの外面との間の距離よりはるかに大きい場合、これは重要ではないが、バルーンまたはカプセルベースの胃腸画像用途のようないくつかのケースでは、サンプルはプローブの中心から数ｍｍ離れているので、これは適切ではない。図２Ｃに示されるシステム２１０は、これらの場合において、マイケルソン干渉計の経路長のうちの１つを調整することによって結像深度を回復するために使用可能である。図２Ｃに示されるシステム２１０は、本明細書に記載されるプローブを利用するものだけでなく、任意の一般的な光路長干渉法と共に使用され得ることが理解されるべきである。
【００２１】
図１、図２Ａ、図２Ｂ、および図２Ｃの各図を参照すると、共通経路光導波路プローブ３０５内のインライン基準反射体３１８に関して以下に説明するように、向けられる信号は基準信号およびサンプル信号を含むことができる。
【００２２】
システム１１０、２１０は、様々な光源および／または検出器を制御するように構成されたコントローラを含み得る。 場合によっては、コントローラは、信号を取得して本明細書に記載の方法を実行するようにプログラムされたコンピュータとすることができる。
【００２３】
システム１１０、２１０は、周方向走査用のマイクロモータなどのモータを含むことができる。システム１１０、２１０は、プローブおよび／またはプローブ先端を並進させるための二次元並進ステージを含むことができる。
【００２４】
システム１１０、２１０は、蛍光、自己蛍光、ラマン、または他の分光法などの第２の画像診断法を含むことができる。これらの場合、システム１１０、２１０は、第２の撮像モダリティ光源および第２の撮像モダリティ検出器を含み得る。
【００２５】
システム１１０、２１０は、自由空間二次元走査用に構成することができる。これらの場合、システム１１０、２１０は、サンプルを横切って走査するようにビームを操縦するために使用される２つの検流計を含むことができる。
【００２６】
図３を参照すると、共通経路光導波路プローブ３０５が示されている。プローブ３０５は、近位端３１５および遠位端３１６を有する光導波路３１４を含む。レンズ３１７が遠位端３１６に結合されている。基準反射体３１８は、光導波路３１４とレンズ３１７との間に配置されている。遠位端３１６は遠位先端３１９を含む。遠位先端３１９は、以下に示され、図４Ａ−６および図１０−１１に示される任意の遠位先端の特徴を含み得る。プローブ３０５および／または遠位先端３１９は、駆動軸３２０をオプションで含むことができる。場合によっては、駆動軸３２０は単一の駆動軸であるが、非モノリシック駆動軸も考えられる。当業者には理解されるように、光導波路３１４、基準反射体３１８、およびレンズ３１７は、互いに直接結合することができ、あるいは介在する光学系または空間を有することができる。例えば、プローブ３０５は、光導波路３１４または基準反射体３１８とレンズ３１７との間に配置されたスペーサ（図示せず）を含むことができる。スペーサはビーム伝搬用に構成することができる。
【００２７】
プローブ３０５は直線状として示されているが、プローブ３０５は湾曲していてもよい。場合によっては、プローブ３０５は可撓性であり得る。場合によっては、プローブ３０５は剛性であり得る。
【００２８】
光導波路３１４は、１０００ｍ以下、１０ｍ以下、または１ｃｍ〜５ｍの導波路長を有することができる。
【００２９】
レンズ３１７は、そこから光が発する放出面３２１を含むことができる。基準反射体３１８と放射面３２１との間の基準反射体対放射面間距離は、１ｍ以下、１０ｃｍ以下、または１ｃｍ以下とすることができる。
【００３０】
プローブ３０５は、少なくとも１０００：１、少なくとも１０，０００：１、少なくとも１００，０００：１、または少なくとも１，０００，０００，０００：１を含むがこれらに限定されない少なくとも１００：１の導波路長と基準反射体対放出面間距離との比を有するように構成することができる。
【００３１】
基準反射体３１８は、限定はされないが、光学材料とは異なる屈折率を有する金属、誘電材料、または非金属、非誘電材料を含む、予測可能な選択反射を生じさせるのに十分な量だけの光導波路の導波路屈折率を得るための制御可能な選択反射率を有することが知られている材料から構成することができる。金属は、金、銀、アルミニウム、白金、およびそれらの組み合わせを含むがこれらに限定されない任意の反射性金属とすることができる。誘電材料は、硫化亜鉛、二酸化チタン、フッ化マグネシウム、二酸化ケイ素、およびそれらの組み合わせを含むがこれらに限定されない、当業者に公知の誘電材料であり得る。
【００３２】
基準反射体３１８はフィルムとすることができる。基準反射体フィルムは、１μｍから１ｍｍの間、１μｍから１０μｍの間、または１μｍから１μｍの間の厚さを有することができる。
【００３３】
場合によっては、基準反射体３１８は金属膜である。場合によっては、基準反射体３１８は誘電体膜である。場合によっては、基準反射体３１８は、非金属、非誘電材料フィルムである。
【００３４】
場合によっては、基準反射体３１８はガラスではない。場合によっては、基準反射体３１８の反射率は、基準反射体３１８と空気との屈折率の差には基づかない。基準反射体３１８は、カテーテルのシース（しばしばガラスであり得る）またはカプセルベースのプローブのためのカプセルではない。基準反射体３１８はレンズ３１７の表面ではない。
【００３５】
基準反射体３１８は、０．００００１％〜１．０％の光、０．００００５％〜０．５％の光、０．０００１％〜０．１％の光、又は０．０００５％〜０．０１％の光をを選択的に反射することを含むがこれらに限定されない０．０００００１％〜２．０％の光を選択的に反射するように構成することができる。
【００３６】
場合によっては、基準反射体３１８の反射率は、既知の光パワーを有する既知の光源に同調させることができ、それにより反射光の予測可能な光パワーを提供する。そのような場合、とりわけ熱雑音、ショット雑音、および相対強度雑音などの様々な雑音源を考慮に入れることによって、最大の感度を提供するように基準反射体を調整することができる。基準反射体３１８は、５μＷ〜１ｍＷの間、１０μＷ〜１００μＷの間、または２０μＷ〜４０μＷの間の予測反射光パワーを含むがこれに限定されない１μＷ〜１０ｍＷの間の予測反射光パワーを提供するために既知の光パワーを有する既知の光源に調整することができる。
【００３７】
基準反射体３１８の選択反射率は、光導波路３１４のみに調整することができ、その場合、強度測定は、光導波路３１４の近位端３１５において、またはシステム１１０、２１０全体に対して行われ、その場合、 強度測定がシステム１１０、２１０の分光計または検出器で行われる。基準反射体３１８の選択的反射率は、光源から放射される光強度、光導波路３１４の近位端３１５に導入される測定または推定光強度、または光導波路３１４内の基準反射体３１８に到達する測定されたまたは推定光強度に対して表現することができる。推定光強度は、光源の強度を測定し、同等の光学系からシステム１１０、２１０またはプローブ３０５内のものへの強度損失を測定することによって推定することができる。
【００３８】
基準反射体３１８の選択的反射率および／または厚さは、様々な方法で調整することができる。一例として、金属被覆端面を含む光ファイバを端面が被覆されていない光ファイバに接合するとき、接合の作業パラメータを変えて得られる基準反射体３１８の選択反射率および／または厚さを変えることができる。接合の温度およびタイミングはこれらの特性を調整するために変えることができる。このプロセスは以下でさらに詳細に説明される。
【００３９】
レンズ３１７は、ボールレンズ、球面レンズ、非球面レンズ、屈折率分布型（ＧＲＩＮ）ファイバレンズ、アキシコン、回折レンズ、メタレンズ、位相操作によるレンズ作用を利用する位相操作レンズを含む様々な形態をとることができる。
【００４０】
図４Ａを参照すると、例示的な遠位先端４１９が示されている。遠位先端４１９は、光導波路４１４の一部と、基準反射体４１８と、放射面４２１と反射面４２２とを有するレンズ４１７とを含むことができる。光４２３は、光導波路４１４から出て、基準反射体４１８を通過し、レンズ４１７を通過するにつれて発散し、反射面４２２で反射し、そして放射面４２１から出ていくように示されている。遠位先端４１９はオプションで駆動軸４２０を含み得る。この態様では、駆動軸４２０が存在するとき、遠位先端４１９の全ての構成要素が駆動軸４２０内に含まれる。駆動軸４２０は、光４２３が通過する窓（図示せず）を含むことができる。
【００４１】
図４Ｂを参照すると、例示的な遠位先端４１９が示されている。各部品は図４Ａに示す態様と同様であるが、レンズ４１７上の反射面４２２の代わりに、遠位先端４１９は外部反射面４２４を含む。この例示された態様では、光４２３はレンズ４１７の放射面４２１から出て、外部反射面４２４で反射される。
【００４２】
図５Ａを参照すると、別の例示的な遠位先端５１９が示されている。遠位先端は、光導波路５１４の一部、基準反射体５１８、拡張領域５２５、およびレンズ５１７、外部反射面５２４、ならびにオプションの駆動軸５２０を含み得る。図５に示すレンズ５１７は、屈折率分布型（ＧＲＩＮ）ファイバレンズとすることができる。拡張領域５２５は、コアレスファイバとすることができる。光５２３は、光導波路５１４から出て、基準反射体５１８を通過し、拡大領域５２５内で拡大し、通過してレンズによって集束され、そして外部反射面５２４で反射する。
【００４３】
図５Ｂを参照すると、例示的な遠位先端５１９が示されている。各部分は、図５Ａに示す態様と類似しているが、外部反射面５２４の代わりに、プリズム５２６が光５２３をターゲットに向ける。レンズ５１７およびプリズム５２６は、別々の別個の構成要素であり得るか、またはモノリシックであり得る。
【００４４】
図６を参照すると、図４Ａおよび図５Ａに示すものと同様の設計原理を有するプローブ６０５の遠位先端６１９の画像が示されている。遠位先端６１９は、シングルモード光ファイバの形態の光導波路６１４と、薄い金の層の形態の基準反射体６１８と、コアレス領域の形態の拡張領域６２５と、ボールレンズの形態のレンズ６１７とを含む。ボールレンズは反射面６２２を含むように研磨され、ボールレンズは放出面６２１を含む。
【００４５】
図７を参照すると、図４Ａおよび図５Ａと同様の設計原理を有するプローブ７０５の遠位先端７１９の画像が示されている。遠位先端７１９は、遠位先端７１９の構造の大部分を覆っている駆動軸７２０を含む。コアレス領域の形態の拡張領域７２５およびボールレンズの形態のレンズ７１７は、駆動軸７２０から出て見えている。ボールレンズは反射面７２２を含むように研磨され、ボールレンズは放出面７２１を含む。
【００４６】
図８を参照すると、場合によっては、２つの基準反射体８１８を有する例示の態様のように、プローブ８０５は２つ以上の基準反射体８１８を含む遠位先端８１９を有することができる。遠位先端部８１９は、図５Ａに関して上述したように、光導波路８１４の一部、レンズ８１７、放射面８２１、外部反射面８２４、およびオプションの駆動軸８２０を含む。
【００４７】
図９を参照すると、場合によっては、プローブ９０５および遠位先端９１９は、ダブルクラッドファイバの形態の光導波路９１４を含むことができる。ダブルクラッドファイバは、コア９２７および内側クラッド９２８を含み得る。コア９２７は、ＯＣＴ信号を送信するために使用され得る。内側クラッド９２８は、蛍光、自己蛍光、ラマン、または他の分光信号の送達および検出に使用することができる。この構成は、インラインファイバミラー共通経路プローブ９０５を用いたマルチモダリティイメージングを可能にすることができる。遠位先端９１９は、図４Ａに関して上述したように、基準反射体９１８、レンズ９１７、反射面９２２、放出面９２１、およびオプションの駆動軸９２０を含む。
【００４８】
特定の場合には、システム１１０、２１０および／またはプローブ３０５は、１０μｍよりも良い、７．５μｍよりも良い、５μｍよりも良い、４μｍよりも良い、３μｍよりも良い、２μｍよりも良い、または１μｍより良い軸方向分解能を有するように構成することができる。
【００４９】
特定の場合には、システム１１０、２１０および／またはプローブ２０５は、５０μｍを超える、４０μｍを超える、３５μｍを超える、３２μｍを超える、３０μｍを超える、または２５μｍを超える横方向分解能を有するように構成することができる。
【００５０】
特定の場合には、システム１１０、２１０および／またはプローブ３０５は、８０ｄＢを超える、９０ｄＢを超える、１００ｄＢを超える、１０５ｄＢを超える、１１０ｄＢを超える、または１１５ｄＢを超える感度を有するように構成することができる。
【００５１】
システム１１０、２１０および／またはプローブ３０５は、１μｍから１ｍの間の画像範囲を提供するように構成することができる。
【００５２】
システム２１０がマイケルソン干渉計を含む場合、画像範囲は、１０μｍから１００ｍｍ、１００μｍから５０ｍｍ、１ｍｍから２５ｍｍ、または１０ｍｍから２０ｍｍを含むがこれらに限定されない１μｍから１ｍの間で調整することができる。
【００５３】
特定の場合において、ターゲット媒体は、血管、皮膚、胃腸組織、心血管組織、肺組織、脳組織、泌尿器組織、婦人科組織などの組織であり得る。
【００５４】
一態様では、本開示はカテーテルを提供する。カテーテルは、本明細書に記載のような共通経路光導波路プローブと、プローブを受け入れるように構成されたシースとを含むことができる。カテーテルは内視鏡カテーテルであり得る。
【００５５】
一態様では、本開示は、上述のものなどの共通経路光導波路プローブを製造する方法を提供する。方法は、第１の光導波路の第１の端部と第２の光導波路の第２の端部とを接合するステップと、第１の光導波路の第１の端部とは反対側の端部にレンズを形成または取り付けるステップと、を含むことができる。第１端部および第２端部の少なくとも一方は、接合を受ける表面に配置された基準反射体または基準反射体前駆体を有する。この方法は、光をターゲット媒体に向けるために反射面を形成または位置決めするステップをさらに含むことができる。
【００５６】
接合は、レーザー接合を含むがこれに限定されない、当業者に知られている任意の接合方法であり得る。レーザー接合の強度および／または持続時間などの接合の１つまたは複数のパラメータは、基準反射体の所定の厚さまたは反射率を提供するように選択することができる。
【００５７】
１つの具体的な例では、金で被覆された端面を有するコアレスファイバはシングルモードファイバと接合することができる。この接合は、シングルモードファイバとコアレスファイバの界面に金の表面を形成する。接合自体は、結果として得られる基準反射体の光学特性に影響を及ぼし得る。接合はレーザー接合とすることができ、そこではレーザー光の最初のパルスが各部を互いに接合するために使用される。後続のレーザー光のパルスを用いて基準反射体の光学特性を変えることができる。一般的には、金属基準反射体の場合、後続のパルスは反射率を低下させる。この選択的調整は、基準反射体に所望の光学特性を提供することができ、それによって上記の特性を有する基準ビームを与える。
【００５８】
レンズを形成または取り付けるステップは、接合の前または後に行うことができ、当業者に知られている様々な方法で達成することができる。一例として、レンズを接合されたファイバの端部と光学的に接触させることができる。別の例として、ボールレンズは、コアレスファイバを加熱し、加熱したファイバをボールレンズに成形することによって形成することができる。
【００５９】
反射面を形成または位置決めするステップは、接合するステップまたはレンズを形成または取り付けるステップの前後に行うことができ、当業者に知られているさまざまな方法で達成することができる。一例として、ミラーは、光をターゲットに反射するのに適した角度でレンズに隣接して位置決めすることができる。別の例として、ボールレンズまたは他のレンズが利用されるとき、レンズはそれ自体反射面を含むように研磨され得る。研磨された反射面は、光導波路に対して、そして光の全反射をもたらす光の入射角に対して、ある角度で位置決めすることができる。
【００６０】
図１０を参照すると、反射基準電力を測定するためのシステム１０００が示されている。このシステム１０００は、基準反射体の反射率を選択的に調整するために使用することができる。システム１０００は、サーキュレータ１００２に結合されたレーザー１００１を含み、サーキュレータ１００２は、上述のような接合を受けているファイバに光を送る。レーザー接合機などの接合機１００４は、接合を実行するために使用される。
【００６１】
特定の態様では、本開示は、ＯＣＴ画像を取得する方法を提供する。この方法は、本明細書に記載のシステムまたはプローブを使用することができる。この方法は、本明細書に記載のプローブを介してターゲット媒体中に光を透過させるステップ、ターゲット媒体を横切ってプローブを走査するステップ、サンプル信号および参照信号を検出するステップ、およびサンプル信号および参照信号から画像を生成するステップを含み得る。
【００６２】
この方法は、広いスペクトルの光を放射する低コヒーレンス光源を使用し、スペクトルを一次元に拡散することによってスペクトルフリンジ信号を取得し、次いでライン走査カメラを通してＡスキャン信号を収集し、続いてフレームグラバーを使用してアナログ信号をデジタル化する、スペクトル領域システムによって実行することができる。この方法は、一連の狭い線幅の光をプローブに送り、時間検出器を介して時間符号化フリンジ信号を受信し、次いでアナログ - デジタル変換器カードを介してその信号をデジタル化することにより掃引光源またはＯＦＤＩシステムで実行できる。バランス型検出を使用すると、コモンモードノイズを低減できる。偏光ダイバーシティ検出は、偏光モード分散の影響を低減するために使用することができる。本明細書に記載されているプローブは、前述のＯＣＴ撮像方式のすべておよび当業者に知られている他のものにおける使用に適している。
【００６３】
本明細書に記載のシステム１１０、２１０、プローブ３０５、および方法は、可撓性カテーテルを含む、カテーテルを利用する任意のプロセスに使用することができる。そのようなプロセスは、生体内心臓病または胃腸管イメージングなどの生体内イメージングを含む。
【００６４】
プローブ３０５は、分光計ベースのフーリエドメインまたはスペクトルドメインのＯＣＴ測定に使用することができる。
【００６５】
（実施例）
以下の実施例は、光学系１１０、２１０および／または共通経路光導波路プローブ３０５を使用または実装することができる方法を詳細に説明し、当業者がその原理をより容易に理解することを可能にするであろう。以下の実施例は説明のために提示され、そして決して発明を限定することを意味しない。
【００６６】
（実施例１）
上述の設計原理に従って設計されたＯＣＴシステム１１０、２１０および共通経路光導波路プローブ３０５を使用して、プローブ３０５を保持している指先の画像を取得した。ＯＣＴ源２０１は掃引源レーザーであった。走査速度は１００ｋＨｚ、中心波長は１３１０ｎｍ、走査範囲は１４０ｎｍ、出力電力は３４ｍＷであった。基準反射体は、３０μＷの基準信号電力を反射するように調整された。得られた画像を図１１に示す。皮膚の層は明確に識別可能であり、表皮および真皮として画像内で識別されている。汗腺も識別可能であり、矢印を使用して画像内で識別されている。
【００６７】
（実施例２）
上述の設計原理に従って設計されたＯＣＴシステム１１０、２１０、共通経路光導波路プローブ３０５、および遠位先端４１９を使用して死体冠状動脈の画像を取得した。ＯＣＴ源２０１およびパラメータは実施例１と同じであった。使用したプローブは、図６および７に示したものである。死体冠状動脈の得られた画像を図１２に示す。動脈の層は明確に識別可能であり、画像内では内膜、中膜、および外膜として識別されている。
【００６８】
（実施例３）
図２Ｂに示すようなマイケルソン干渉計を備えていない１つのＯＣＴシステム２１０と、図２Ｃに示されているようなマイケルソン干渉計を有する１つのＯＣＴシステム２１０と、上述の設計原理に従って設計された共通経路光導波路プローブと、遠位先端４１９とを用いて、基準反射体から２０ｃｍの距離に置かれた指の画像を取得した。ＯＣＴ源２０１およびパラメータは実施例１と同じであった。図２Ｂに示されるシステム２１０を使用した場合、サンプルと反射された基準との間の光路距離がシステムの撮像深度よりはるかに大きいため、画像は見られなかった。しかし、図２Ｃのシステム２１０を使用し、第１の鏡と第２の鏡との間の光路長差を約１９ｃｍに設定すると、指の像が撮像窓に現れた。
【００６９】
このように、本発明を特定の実施形態および実施例に関連して上述したが、本発明は必ずしもそのように限定されず、他の多数の実施形態、実施例、使用、変形および実施形態、実施例および使用からの逸脱が添付の請求項によって包含されることを意図する。実際、本開示の例示的な実施形態による構成、システム、および方法は、任意のＯＣＴシステム、ＯＦＤＩシステム、ＳＤ−ＯＣＴシステム、生体内または新鮮な組織を撮像することができる他の撮像システムと共に使用および／または実施することができる。それは例えば２００５年５月２６日に国際特許公開番号ＷＯ２００５ ／ ０４７８１３として公開された、２００４年９月８日に出願された国際特許出願ＰＣＴ ／ ＵＳ２００４ ／ ０２９１４８や、２００６年５月４日に米国特許公開第２００６／００９３２７６号として公開された２００５年１１月２日に出願された米国特許出願第１１ ／ ２６６，７７９号や、２００５年１月２７日に米国特許公開第２００５／００１８２０１号として公開された、２００４年７月９日に出願された米国特許出願第１０ ／ ５０１，２７６号や、２００２年５月９日に公開された米国特許公開第２００２／０１２２２４６号や、米国特許出願第６１／６４９，５４６号、米国特許出願第１１／６２５，１３５号、および米国特許出願第６１／５８９，０８３号に記載され、その開示内容は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。本明細書に引用された各特許および刊行物の全開示は、あたかもそのような各特許または刊行物が本明細書に個別に参照により組み込まれているかのようにして、参照により組み込まれる。
【図１】
2019527091.tif 000003
【図２Ａ】
2019527091.tif 000004
【図２Ｂ】
2019527091.tif 000005
【図２Ｃ】
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【図３】
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【図４Ａ】
2019527091.tif 000008
【図４Ｂ】
2019527091.tif 000009
【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【国際調査報告】
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